3. 铁路的钢轨下铺设枕木,主要是为了(
B
)
A.减小列车通过地面时的压力
B.减小钢轨对路基的压强
C.减小列车与地面的接触面积
D.增大列车对钢轨的压强
答案:B
解析:
【分析】
要解决这道题,需结合压强的相关知识分析:首先回忆压强公式$ p = \frac{F}{S} $,压强的大小由压力$ F $和受力面积$ S $共同决定。列车对路基的压力等于列车的重力,是保持不变的;在钢轨下铺设枕木,本质是改变受力面积。接下来逐一分析选项:压力不变,所以A选项错误;铺设枕木是增大接触面积,C选项错误;我们的目的是保护路基,减小钢轨对路基的压强,而非增大列车对钢轨的压强,D选项错误,因此正确选项为B。
【解析】
根据压强公式$ p = \frac{F}{S} $(其中$ p $为压强,$ F $为压力,$ S $为受力面积):
1. 列车对路基的压力等于列车自身重力,大小保持不变,因此A选项“减小列车通过地面时的压力”错误;
2. 钢轨下铺设枕木,增大了钢轨与路基的接触面积$ S $。在压力$ F $不变时,根据公式,受力面积越大,压强越小,能有效减小钢轨对路基的压强,避免路基被压坏,故B选项正确;
3. 铺设枕木是增大了钢轨与路基的接触面积,而非减小,C选项错误;
4. 列车对钢轨的压强与枕木无关,且题目核心是钢轨对路基的压强变化,D选项错误。
【答案】
B
【知识点】
减小压强的方法、压强的影响因素
【点评】
本题考查压强知识在生活中的实际应用,属于基础题。解题关键是准确理解压强公式,区分压力与压强的概念,明确改变压强的两种方式(改变压力或受力面积),并能结合生活实例分析物理原理。
【难度系数】
0.8
4. 下列实例中,目的为减小压强的是(
B
)
A.使用一段时间的斧头要磨一磨
B.用肩挑担子时,选用扁担而不选用圆木棍
C.冰鞋的鞋底安装有冰刀
D.图钉钉尖的面积比钉帽的面积小得多
答案:B
解析:
【分析】
要解决这道题,首先需要回忆压强的相关知识:压强的大小与压力和受力面积有关,公式为$p=\frac{F}{S}$。减小压强的方法有两种:一是在压力一定时,增大受力面积;二是在受力面积一定时,减小压力。接下来我们逐个分析每个选项,判断其是增大还是减小压强,从而找出符合题意的选项。
【解析】
根据压强公式$p=\frac{F}{S}$,对各选项分析如下:
选项A:使用一段时间的斧头磨一磨,是通过减小受力面积的方式来增大压强,便于砍柴,不符合减小压强的目的;
选项B:用肩挑担子时,选用扁担而不选用圆木棍,在压力(担子的重力)一定时,扁担的受力面积更大,根据公式可知,受力面积增大,压强减小,符合减小压强的目的;
选项C:冰鞋鞋底安装冰刀,是通过减小受力面积的方式增大压强,使冰面更容易融化,便于滑行,不符合题意;
选项D:图钉钉尖面积比钉帽小得多,是通过减小受力面积增大压强,便于钉入物体,不符合题意。
因此,目的为减小压强的是选项B。
【答案】
B
【知识点】
压强的影响因素、减小压强的方法
【点评】
本题结合生活中的常见实例,考查压强的应用,需要学生理解增大和减小压强的原理,能根据生活场景判断压强的变化,注重理论联系实际,是对基础知识的灵活考查。
【难度系数】
0.8
5. 如图所示,甲、乙两人在完全相同的水平沙滩散步,留下深浅相同、大小不同的脚印,则(
A
)

A.甲所受的重力较大
B.乙对沙滩的压强较小
C.甲对沙滩的压强较小
D.甲对沙滩的压力与乙对沙滩的压力相等
答案:A
解析:
【分析】
首先,脚印的深浅相同,说明甲、乙两人对沙滩的压强相等,因为压强是表示压力作用效果的物理量,作用效果相同则压强相同。然后根据压强公式$ p = \frac{F}{S} $,变形可得$ F = pS $,已知甲的脚印面积大于乙的脚印面积,且压强相等,所以甲对沙滩的压力更大。而人在水平沙滩上,对沙滩的压力等于自身的重力,因此甲所受的重力较大。接下来逐一分析选项:
选项A:甲所受重力较大,符合推导结论,正确;
选项B、C:甲、乙对沙滩的压强相等,故这两个选项错误;
选项D:甲对沙滩的压力大于乙的,故该选项错误。
【解析】
1. 压强判断:脚印深浅相同,说明甲、乙对沙滩的压力作用效果相同,即$ p_{甲}=p_{乙} $,因此选项B、C错误;
2. 压力判断:根据压强公式$ p = \frac{F}{S} $,可得$ F = pS $,由图可知$ S_{甲}>S_{乙} $,且$ p_{甲}=p_{乙} $,所以$ F_{甲}>F_{乙} $;
3. 重力判断:人在水平沙滩上,对沙滩的压力等于自身重力,即$ F=G $,因此$ G_{甲}>G_{乙} $,选项A正确,选项D错误。
【答案】
A
【知识点】
压强的概念、压强公式应用、压力与重力的关系
【点评】
本题考查压强的相关知识,关键是通过脚印深浅判断压强相等,再结合压强公式分析压力大小,进而判断重力大小,需要准确理解压强的物理意义以及压力与重力的关系。
【难度系数】
0.7
6. 如图所示,在高山滑雪项目中,运动员穿上滑雪板后,就可以自由地在松软的雪地上滑雪。请用所学物理知识解释运动员穿上滑雪板后不易陷入雪地里的原因。

答案:滑雪板设计得比较宽大,当运动员站在滑雪板上时,在压力一定的情况下,通过增大受力面积减小了对雪面的压强,所以运动员穿上滑雪板后不易陷入雪地里
解析:
【分析】
要解释该现象,需从压强的影响因素入手分析:首先明确运动员对雪地的压力大小等于自身重力,压力是一定的;接着观察到滑雪板的面积宽大,这是通过增大受力面积来改变压强,再结合压强公式分析压强的变化,进而说明不易陷入雪地的原因。
【解析】
运动员穿上滑雪板时,对雪地的压力大小等于运动员自身的重力,即压力$ F $保持一定;
滑雪板的面积宽大,增大了运动员与雪地的受力面积$ S $;
根据压强公式$ p = \frac{F}{S} $,在压力$ F $一定时,受力面积$ S $越大,运动员对雪地的压强$ p $越小;
雪地受到的压强越小,压力的作用效果越不明显,所以运动员穿上滑雪板后不易陷入雪地里。
【答案】
滑雪板设计得比较宽大,当运动员站在滑雪板上时,在压力一定的情况下,通过增大受力面积减小了对雪面的压强,所以运动员穿上滑雪板后不易陷入雪地里。
【知识点】
减小压强的方法、压强的影响因素
【点评】
本题结合高山滑雪的生活场景,考查压强知识的实际应用,帮助学生理解物理知识与生活的联系,提升运用物理知识解释生活现象的能力。
【难度系数】
0.7
7. 如图所示是我国研发的四轮长航程极地漫游机器人。该机器人质量约 500 kg,每条履带与地面的接触面积约 1 000 cm²。( $ g = 10 N/kg $)
(1)该机器人的重力为多少?
(2)若南极某处冰面能承受的最大压强为 $ 4×10^4 Pa $,该机器人能顺利通过该处冰面吗(通过计算说明)?

答案:解:
(1) 由G=mg得,机器人的重力:
$ G=mg=500\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=5000\ \mathrm{N}$
(2) 机器人对冰面的压力$F=G=5000\ \mathrm{N}$
每条履带接触面积$S_1=1000\ \mathrm{cm}^2=0.1\ \mathrm{m}^2$,总受力面积$S=4×0.1\ \mathrm{m}^2=0.4\ \mathrm{m}^2$
由$p=\frac{F}{S}$得,机器人对冰面的压强:
$ p=\frac{5000\ \mathrm{N}}{0.4\ \mathrm{m}^2}=1.25×10^4\ \mathrm{Pa}$
因为$1.25×10^4\ \mathrm{Pa}<4×10^4\ \mathrm{Pa}$,所以该机器人能顺利通过该处冰面
解析:
【分析】
(1) 要计算机器人的重力,根据重力计算公式$G=mg$,已知机器人的质量和$g$的取值,直接代入公式即可求解。
(2) 要判断机器人能否通过冰面,需先计算机器人对冰面的压强,再与冰面能承受的最大压强比较。首先机器人对冰面的压力等于自身重力,然后确定总受力面积(注意单位换算,且是四条履带的接触面积之和),再利用压强公式$p=\frac{F}{S}$计算压强,最后将计算出的压强和冰面最大承受压强对比,若计算值小于等于最大压强,则能通过。
【解析】
(1) 已知机器人质量$m=500\ \mathrm{kg}$,$g=10\ \mathrm{N/kg}$,根据重力公式$G=mg$,可得机器人的重力:
$G=mg=500\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=5000\ \mathrm{N}$
(2) 机器人对冰面的压力等于自身重力,即$F=G=5000\ \mathrm{N}$
每条履带与地面的接触面积$S_1=1000\ \mathrm{cm}^2=0.1\ \mathrm{m}^2$,则四条履带的总接触面积:
$S=4×S_1=4×0.1\ \mathrm{m}^2=0.4\ \mathrm{m}^2$
根据压强公式$p=\frac{F}{S}$,可得机器人对冰面的压强:
$p=\frac{F}{S}=\frac{5000\ \mathrm{N}}{0.4\ \mathrm{m}^2}=1.25×10^4\ \mathrm{Pa}$
已知冰面能承受的最大压强$p_{\mathrm{max}}=4×10^4\ \mathrm{Pa}$,因为$1.25×10^4\ \mathrm{Pa}<4×10^4\ \mathrm{Pa}$,所以该机器人能顺利通过该处冰面。
【答案】
(1) 该机器人的重力为$\boldsymbol{5000\ \mathrm{N}}$;
(2) 该机器人能顺利通过该处冰面,计算过程如上。
【知识点】
重力的计算、压强的计算、压强的实际应用
【点评】
本题考查重力和固体压强的基础计算,重点在于受力面积的单位换算以及压力与重力的关系,将物理知识与实际科技应用结合,注重对基础知识和实际应用能力的考查。
【难度系数】
0.6